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纺·谈│2020年度科研标兵刘延波:深耕静电纺丝技术研究14年

通讯员:大通社记者曹雅茜 陈俊来源:宣传部 科技处 阅读:发布时间:2021-06-29审稿:admin

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今年5月,学校召开科技创新大会,隆重表彰2020年度科研标兵和2021年度科学技术奖励项目获奖人员。近期,宣传部、科技处组织大学生通讯社学生记者,对科研标兵就其学术经历、研究领域、科研成果及下一步研究规划等问题进行了系列访谈。《纺·谈》栏目本期推出应用创新标兵、纺织学院刘延波教授专访。

记者请简单谈谈您的学术经历您是如何培养科研兴趣发掘研究方向的?

刘延波我在1982年进入大学的殿堂,当时本科生还没有科研的说法,毕业不需要写毕业论文,而是做毕业设计,也即设计一个纺织厂图纸。大学毕业后,我被分到吉林市毛纺织厂,在纺纱车间任技术员。之后考研到了天津工业大学,读研在科研方面对我来说起到了启蒙的作用;硕士毕业课题是我人生中第一次与科研相关的经历。

硕士毕业后我选择了留校,在图书馆做图书管理员。工作大概四五年后,我又回到天工大纺织系,在纺织材料测试中心任实验教师。直到我去美国北卡州立大学(NCSU)纺织学院作为访问学者从事纺织复合材料方面的研究时,再一次感受到了科研的魅力。导师邱夷平博士培养了我的科研兴趣和能力。在美国田纳西大学材料系读博期间导师Dong Zhang对我科研兴趣和能力的提升起到了至关重要的作用。

2004年回国后,我先后在北京一家丹麦独资企业(Novozymes China)和一家大型国企(宏大研究院有限公司)分别从事生物酶在纺织品上的应用研究工作(Research scientist)和博士后工作(高级工程师/副主任设计师)。2009年我从北京调回到天津工业大学纺织学院工作,正式开始非织造专业教学与科研工作,2015年通过人才引进入职武汉纺织大学纺织学院工作。早在2007年在宏达研究院有限公司做博士后的时候,研究课题就瞄准了当时新兴的静电纺丝技术,带领研究团队设计了基于自由液体表面重组的静电纺丝小样机,从此拉开了本人长达14年的静电纺丝技术研究旅程。

2021年3月武汉市科技创新大会上,刘延波代表武汉纺织大学与新洲区人民政府、稳健医疗(武汉)签约合作项目“耐久性高效低阻医用隔阻材料开发及产业化”

记者:可以向我们科普一下您所从事的学术领域当前的基本情况吗?

刘延波我现在从事非织造材料与工程专业的教学与科研。从专业的角度来讲,非制造是在纺织技术的基础上发展起来的,其中包括成网和固网以及后整理技术;成网技术主要包括短纤维成网(梳理成网、气流成网、浆粕气流成网以及湿法成网)、聚合物直接成网(纺粘、熔喷、静电纺、闪蒸纺、膜裂法)等等;成网之后的纤维之间没有联系、纤网没有强力,不能直接投入到实际使用,必须经过固网、获得一定的机械强力才能够投入使用;固网也有很多方法,比如热粘合固网、化学联合固网、机械固网等等,这些成网和固网手段之间可以交叉组合使用,这样就衍生出各种不同的非织造材料或复合非织造材料,产品在很多领域得到广泛应用。静电纺丝产品是纳米级纤维材料,而平常我们所熟知的普通纺织品以及普通非制造布,它们的纤维细度级别基本都是微米级的。现在通过静电纺丝技术,我们可以达到纳米级纤维。该技术成型的方式有很多,包括针头式和无针头式静电纺丝技术两大类,它的应用领域并不是传统服装面料,而是过滤与隔阻、吸附与分离、能源存储与转换、生物医疗、电子传感、美容美肤等工业领域。

实际早在1934年美国就已经发明了静电纺丝技术,但是后来发展比较缓慢。后来,随着材料科学特别是纳米材料与纳米技术的发展,静电纺丝技术得到了迅猛发展,最近几年在全球特别是中国已经能达到产业化的生产能力。像我国现在从针头式的静电纺以及无针头式的静电纺这两种技术,已经都有相应工业化的设备:多针头式的静电纺丝的规模化的设备厂商,比如佛山轻子以及通力微纳的公司做的多针头静电纺丝设备已经远销海外,最大幅宽达到1.6米。已经可以实现几百个针头甚至上千针头同时进行喷丝,做出来纳米纤维材料也比较均匀,产能高,可连续化生产。特别是疫情期间,因为当时熔喷布紧缺,而静电纺的纳米静电材料可以替代熔喷材料做口罩的芯层,在当时抗疫过程中也起到了关键的作用。除了这些针头式的静电纺设备,还有无针头式的静电纺设备,厂商有捷克Elmarco公司、我国上海云同纳米科技公司等。从设备上来说,我国已经完全可以实现产业化;在材料上,我国也已走在世界的前列

第八届全国静电纺丝技术和纳米纤维会议刚刚结束,自从2012年开始到现在已经召开了八届全国静电纺丝会议,从来没有这么多人来参加国内静电纺丝会议,今年参会人数达到700多人,相当于国际会议人数。静电纺丝技术目前在国内受到极大重视,最近中国纺织工业联合会已经将静电纺丝技术列入“十四五”规划。

2021年4月29日,刘延波率武汉纺织大学青年教师到稳健医疗(武汉)洽谈项目

记者:您目前研究的方向是否存在着学科交叉?您们又是如何实现学科之间交叉融合的呢?

刘延波静电纺丝技术实际上是非织造技术的一个小分支,它做出来的产品实际上是纳米纤维材料,和纳米材料纳米科技有很多关系。机理上,静电纺丝技术是运用静电场力把纺丝流体进行牵伸以后得到纳米级的纤维,所以静电场的分布、大小等都会影响电纺膜(对该产品统称为电纺膜)的结构和性能,纺丝溶液的分布又涉及到流场,而电场和流场都属于经典物理学。材料上,静电纺丝原材料的高分子材料是固体,我们需要把它变成纺丝流体,可采用两种方式:一是用有机溶剂把高分子材料溶解变成纺丝流体,我们叫做溶液静电纺;或者没有合适的有机溶剂时,若这种高分子材料是热塑性的材料,就加热达到它本身的熔点使它融化成为一种纺丝流体,我们称之为熔体静电纺。这其中涉及到的高分子材料就是材料学科研究的问题。静电纺丝过程是一个聚合物溶液变成固体的过程,涉及到流体力学和流变学的知识,而且电纺膜各种性能也涉及到各个不同应用领域的知识。因此静电纺丝技术属于交叉学科领域。

从这几点看,静电纺丝技术真正是一个交叉融合的技术。我们课题组关于静电纺丝技术相关的学科知识都会深入学习,在全国甚至是全世界的范围内,我们组做的静电纺丝激励研究都是比较系统的,从2010年就开始研究,历时10年之久。我们从静电纺丝机理开始做研究,知道机理就可以采取措施进行静电纺丝过程改善,机理研究清楚后就可以根据机理去研究设备,我们组也研发纳米纤维材料,包括各种领域应用的不同材料例如气、液过滤材料、锂离子电池隔膜、创伤敷料、组织工程支架、防水透湿膜、吸油材料、面膜/眼膜,同时也研制各种不同类型的静电纺丝头,这样就把静电纺丝技术交叉学科的这种特性在我们组就体现出来了。

刘延波带团队参加第八届全国静电纺丝会议主持分会并作邀请报告

记者:请问您主讲了哪些课程?在教研过程中您是如何指导学生的?您培养的学生取得了哪些成就,获得了哪些成长呢?

刘延波我主讲的课程是《非织造学》和《现代非织造技术》。2015年我刚来到武汉纺织大学,对于一些同学上课游离的状态感到很惊诧。为此,在认真教学的同时,我也很关注学风建设:如果发现存在学风不正的问题,我就采取一定的措施改善学风。有些同学对学习缺乏兴趣但又面临就业问题,因此我在上课的时候会讲授就业的相关问题及要求,增强学生们对课堂的兴趣与专注度。当然,在教学过程中,我都是和颜悦色地与同学们亲切交谈,及时解决同学们的问题并帮助他们解决问题。若是有同学因某种原因影响了成绩,我会抽空与他谈心、开导,并且积极维护学生的自尊心。同学们都积极要求加入我们课题组,愿意让我指导他们的课程设计、毕业课题、课外科技活动例如本科生大创项目、挑战杯、金三发大奖等。我指导的学生分别获得了国家级大创项目2项、省级大创项目1项、“丽洋杯”三等奖1项、恒逸基金优秀论文二等奖2项、校级优秀本科毕业论文4人次。

很多学生毕业后存在就业问题或者对未来的发展道路难以抉择,我都会耐心指导他们、或直接推荐给用人单位。一部分成绩优秀的学生会选择直接跟随我读研;对于特别优秀的同学,我会与天津工业大学联合培养他们读博。除此之外,很多同学毕业后成为了国家公务员或进入优衣库等外企工作。

记者:学校科技创新大会上号召广大教师积极为提升学校科技创新实力做出更大贡献,您能结合您的学科归属,向我们谈谈您下一步的科研方向及规划吗?

刘延波下一步我准备继续从事静电纺丝技术研究,该技术现在依然是国际热点,同时也是我们国内科研的一个热点,我们国家对我们现在的研究方向是非常重视的。我们团队也一直也都是在做交叉学科的研究,从各个应用领域的产品的开发,静电纺丝技术原理、不同静电纺丝技术的研发,以及基于不同静电纺丝技术的静电纺丝设备的研发这三个方向。目前从静电纺丝技术原理这块,通过我们科研组整个研究就会发现,不管是多针头的规模化的静电纺丝技术,或者是无针头的静电纺丝技术都存在着各自的优点和缺点,单独使用任意一种其实都不完美,现在因为我们组有研究静电纺丝机理,我们就决定下一步尝试把无针头的静电纺丝技术和针头式的静电纺丝技术进行有机组合,发明一种新的静电纺丝设备。另外在设备开发这方面,未来我们将继续与多个企业合作研发大型的基于新原理的静电纺丝技术设备,这样比较成熟的一些纳米纤维材料就可以基于这种大型设备进行连续稳定的产业化实施。

刘延波团队2019届四位硕士研究生毕业(左二同学考入天津工业大学攻读纺织工程博士学位;右二同学考上国家公务员;其余四位同学均在稳健医疗工作)

记者:下学期又即将来一批新生,您对他们有什么想说的吗?

刘延波我们学校设立的每个专业,其实跟我们的生活以及工业的很多领域都是息息相关的。希望同学们能够热爱自己的专业,努力学习,树立正确的人生理想,为行业和社会发展贡献一份力量。大学并不是我们放松的阶段,而是人生未来奋斗的起点。千里之行,始于足下。学好每门课程,是同学们走向成功、实现中国梦和个人梦想的基础。希望同学们通过大学课程的学习,能够将非织造与纺织两个领域的知识融会贯通,实现现代纺织、大纺织、超纺织的跨越,成为具有交叉学科知识技能的复合型创新人才、本领域的专业人士,将来能够为中国的产业用纺织品等领域的发展做出杰出贡献!

个人简介:

刘延波,女,天津工业大学纺织工程学士、硕士,美国田纳西大学材料学博士,高工/教授/硕导/博导。曾在吉林市毛纺织厂、诺维信(中国)及宏大研究院有限公司工作共8年,曾受国家留学基金委(CSC)资助访问美国北卡州立大学(NCSU)纺织学院一年,访问美国田纳西大学(UTK)纺织与无纺布研发中心(TANDEC)一年。在天津工业大学总计工作20年,于2015年作为“阳光学者特聘教授”引进到武汉纺织大学纺织学院工作,从事静电纺丝技术研究14年。指导本科毕业论文60多人次硕/博毕业论文50余篇;获批、参与或主持NSFC基金项目4项,发表论文100余篇,作为特邀代表主持/发表大会报告、分会报告十余次,主编出版英文专著1部,参编中文论著2部,申请及授权发明专利20余项。近十年共获得省部级科研或教学奖励8次,校级教学奖励5次,指导学生毕业论文获奖4次。江西、广西壮族自治区自科基金及科技项目评审专家,15家SCI 期刊审稿人,教育部学位中心学位授予单位抽检学位论文通讯评议专家,中国复合材料学会超细纤维分会副主任委员,《产业用纺织品》编委,多家静电纺丝相关企业技术顾问。

编辑:程鹏
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